KR20090073034A - 다수의 로우터를 구비한 풍차 및 이 풍차의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

수평방향 축의 허브는 램 압력에 의한 힘으로써 회전하는 로그 나선형 하중베어링 요소의 면상에서 로우터의 축에 의해 반경방향 방향으로 고착된 로우터를 포함하며, 상기 로우터가 공기 유동으로 회전함으로서 상기 로우터는 마그누스 효과에 따라 발생된 측방향 공기역학적 힘을 발생시키고; 이 발생된 힘의 총 양은 수평방향 축의 회전 모우멘트를 생성한다.

허브, 하중 베어링부, 로우터, 수평방향 축의 풍차, 바람 유동, 로우터 구성부, 배출 제트.

Description

다수의 로우터를 구비한 풍차 및 이 풍차의 작동 방법{MULTIPLE ROTOR WINDMILL AND METHOD OF OPERATION THEREOF}

본 발명의 다수의 로우터를 구비한 풍차(multiple-rotor windmill)와 이 풍차의 작동 방법은 풍력발전 공학(wind power engineering)에 관한 것이고 유동의 운동 에너지를 회전 기계적인 에너지로 변환시키는 것에 관한 것이다.

다수의 로우터를 구비한 풍차는 풍력 구동식 수평방향 축의 휠이며, 상기 휠에 있어서 휠의 허브는 로그 나선형 하중베어링 요소(logarithmic spiral-shaped load-bearing elements)를 갖는 로우터 풍차의 반경방향으로 고정된 축을 포함한다.

다수의 로우터를 구비한 풍차의 작동 원리는, 반경방향 로우터가 상기 로우터 주위의 바람 유동으로 회전함으로서 마그누스 효과(Magnus effect)에 따라 발생된 측방향 공기역학적 힘과, 반경방향 로우터를 작동시키는 바람 유동의 램 압력에 의한 힘을 동시에 사용하는 것에 기초한다.

프로펠러 타입의 수평방향 축의 풍차가 공지되었는데, 이 풍차는 블레이드 주위에 공기 유동이 있을 때, 작은 부분에서 나오는 측방향의 공기역학적 힘과 바 람 유동의 램 압력에 의한 힘으로부터 회전 에너지를 만드는 고정된 반경방향의 블레이드를 포함한다[하기 참고문헌 1, 페이지 78-87 참조]. 그러나, 프로펠러 타입의 풍차에 의해 수평방향 축에 전달되는 회전 모우멘트의 합쳐진 값이 특정값 만큼 많게 된다.

원통형 반경방향 로우터를 포함한 풍차가 공지되었으며, 이 풍차의 회전은 회전하는 실린더의 외부면에 장착된 튜브의 형태의 난류 촉진체에 의해 제공된다[하기 참고문헌 2 참조]. 그러나, 상기와 같은 풍차는 구조가 복잡하고 효율이 낮기 때문에 폭넓게 보급되지 못하였다.

이와 같이 제시된 본 발명은 광범위한 바람 속도에서의 운동 에너지를 기계적 에너지로의 변환 효율을 높게 할 수 있는 고출력(powerful)의 풍차를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 사용된 반경방향의 하중 베어링부가 수직방향 축의 풍차에 적용된 로우터라는 점 때문에 상기 풍차의 하중 베어링부는 로그 나선형상의 아크처럼 형성되어 작동 로우터 장치에 임의의 외부 에너지를 사용하지 않거나 임의의 다른 제 2의 구성부를 사용하지 않고도 바람 유동에 따라 직접적으로 구성부의 효율적인 회전을 가능하게 한다[하기 참고문헌 3 참조].

그러나, 수직방향의 구성부가 사용된다면, 이들 로우터가 수평방향 축의 풍차에 사용될 수 없는데 그 이유는 로우터가 수평방향의 축을 중심으로 계속해서 회전할 때 수직 위치에서의 충분한 기술적인 처리를 위해 사용된 공기를 배출하기 위한 오직 하나의 배출 제트(dischage jet)가 존재하여 상기 반경방향 로우터의 회전 속도가 반경방향 로우터의 축 주위에서 일정하게 제공되지 않게 하기 때문이다. 이러한 각속도는 도움이 되지 않아, 결국에는, 생성된 측방향 공기역학적 힘을 강하시킨다.

이러한 단점을 해소하기 위하여 로우터의 정면판(face plane)에 본 발명의 사상과 부합되는, 동일하게 대칭적인 배출 제트가 구비된다.

본 발명에 의하면, 바람 유동의 운동에너지를 고출력의 기계적인 회전 에너지로 변환시키는 효율이 향상되고, 유사한 목적의 모든 공지된 장치에서는 가능하지 않는 최저 속도의 바람에서도 작동 성능이 향상된다.

반경방향 로우터의 공기 수집기(6)에 들어가는 바람 유동은 압력의 힘에 의해 하중 베어링부(4)에 영향을 미치고 바람 휠(3)의 외부 림(rim)과 수평방향 축의 허브(2)에 고착된 로우터 축(1) 주위에서 반경방향 로우터를 조정(gear)한다. 반경방향 로우터가 마그누스 효과에 따라 로우터 주위의 바람 유동으로 회전하고 측방향 공기역학적 힘을 나타냄에 따라[하기 참고문헌 4, 페이지 201 참조], 반경방향 로우터의 회전수에 의해 정의되는 총 힘의 양은 바람 휠을 운동시켜 수평방향 축의 고출력 회전 모우멘트를 생성하게 한다.

공기 수집기(6)로부터, 공기 유동의 공기가 공기 이송 덕트(7)에 들어가고 배출 제트(5)를 통하여 매개체로 유동하여 간다. 반경방향 로우터의 정면판을 따라서 동일하고 대칭적인 배출 제트가 존재하기 때문에, 사이의 위치에서의 상기 로우터의 위치에 상관없이 바람 휠의 회전 모드에서 공기의 일정한 유동을 제공하여; 측방향 공기역학적 힘을 생성시키고 결국에는 성능이 영구적으로 유지된다.

저렴한 재료와 부품을 사용하여 본 발명자는 다수의 로우터를 구비한 풍차의 작동 모델을 발명하여 이 모델로 시험을 하였다. 이 시험 결과는 자연풍의 유동의 운동에너지를 고출력의 회전 기계적인 에너지로 변환시키는 효율이 향상된다는 것 과, 유사한 목적의 모든 공지된 장치에서는 가능하지 않는 최저 속도의 바람에서도 작동 성능이 향상된다는 것이 확실하다는 것을 나타내었다.

당업자라면, 본원 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 본 발명의 청구범위 내에서 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이고 용이하게 입수가능한 하기 참고문헌을 참고하지 않더라도 본원발명을 보다 용이하게 파악할 수 있을 것이다.

[참고문헌]

1. Peter M. Moretti, Louis V. Divone의 "사이언스 월드에서(In the World of Science)"에서의 현대의 풍차, 1986/No8.

2. 러시아연방공화국 특허 RU 2118699

3. 벨라루스공화국 특허 BY 8019

4. "대소련 백과사전(Great Soviet Encyclopedia)", 3판, V.15, M., 1974.

도 1은 다수의 로우터를 구비한 풍차를 도시한 도면, 및

도 2와 도 3은 반경방향 로우터의 단면도이다.

- 부호의 설명 -

1 - 반경방향 로우터의 축

2 - 수평방향 축의 허브

3 - 외부 부착부의 림

4 - 반경방향 로우터의 하중베어링부

5 - 반경방향 로우터의 배출 제트

6 - 반경방향 로우터의 공기 수집기

7 - 반경방향 로우터의 공기 이송 덕트

8 - 엔드 플레이트

Claims (2)

1. 원의 평면에 일정하게 배치된 다수의 일정한 반경방향 로우터를 로그 나선형 하중베어링 요소의 면상에서 포함하고, 상기 로우터의 축은 상기 수평방향 축의 허브에 고착된, 다수의 로우터를 구비하고 수평방향 축을 갖는 풍차에 있어서,

   상기 로우터가 수평방향의 축을 중심으로 회전할 때 그 사이의 공간에서의 지속적인 위치변환 과정 중에 바람 유동과 반경방향 로우터 구성부 사이의 안정적인 상호작용을 위하여, 양 정면판을 따라서, 각각의 반경방향 로우터에는 동일하고 대칭적인 배출 제트가 구비되는 것을 특징으로 하는 다수의 로우터를 구비하고 수평방향 축을 갖는 풍차.
2. 다수의 로우터를 구비한 풍차는 반경방향 로우터 상의 램 압력에 의한 힘으로써 시동되고, 반경방향 로우터가 로우터 주변의 바람 유동으로 회전할 때, 수평방향 축의 회전 모우멘트는 마그누스 효과에 따라 발생된 측방향 공기역학적 힘의 복합된 효과에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 다수의 로우터를 구비한 풍차의 작동 방법.

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